La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce electricidad a partir de fuentes renovables, una obtenida directamente de la radiación solar por un dispositivo semiconductor llamado célula fotovoltaica. Este tipo de energía se utiliza principalmente para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución, pero también permite alimentar innumerables aplicaciones y dispositivos autónomos, así como suministrar refugios de montaña o hogares aislados de la red eléctrica. Debido a la creciente demanda de energía renovable, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años. Comenzaron la producción en masa a partir de 2000, cuando los ambientalistas alemanes y la organización Eurosolar obtuvieron fondos para la creación de diez millones de techos solares.

La energía fotovoltaica no emite ningún tipo de contaminación durante su funcionamiento, lo que contribuye a evitar la emisión de gases de efecto invernadero. Su principal desventaja es que su producción depende de la radiación solar, por lo que si la célula no está alineada perpendicularmente al Sol, perderá entre el 10 y el 25% de la energía incidente. Como resultado, el uso de seguidores solares se ha popularizado en las plantas de conexión de red para maximizar la producción de energía. La producción también se ve afectada por condiciones climáticas adversas, como la falta de sol, nubes o suciedad que se deposita en los paneles. Esto implica que para garantizar el suministro de electricidad es necesario complementar esta energía con otras fuentes de energía manejables, como las centrales eléctricas basadas en la quema de combustibles fósiles, energía hidroeléctrica o energía nuclear.

Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el costo de la energía solar fotovoltaica se ha reducido constantemente desde que se construyeron las primeras células solares comerciales, aumentando la eficiencia y aumentando la eficiencia. número creciente de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red. Actualmente, el costo de la electricidad producida en instalaciones solares es de entre $ 0.05-0.10 / kWh en Europa, China, India, Sudáfrica y los Estados Unidos. En 2015, se alcanzaron nuevos récords en proyectos en los Emiratos Árabes Unidos (0.0584 $ / kWh), Perú (0.048 $ / kWh) y México (0.048 $ / kWh). En mayo de 2016, una subasta solar en Dubai alcanzó un precio de 0.03 $ / kWh.

Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica

La producción industrial a gran escala de paneles fotovoltaicos despegó en la década de 1980, y entre sus muchos usos se pueden destacar:

Telecomunicaciones y señalización
La energía solar fotovoltaica es ideal para aplicaciones de telecomunicaciones, incluidas las que se encuentran, por ejemplo, telefonía de estaciones locales, antenas de radio y televisión, estaciones de repetición de microondas y otros enlaces de comunicación electrónica. Esto se debe al hecho de que, en la mayoría de las aplicaciones de telecomunicaciones, se usan acumuladores y la instalación eléctrica normalmente se realiza en corriente continua (CC). En terrenos accidentados y montañosos, las señales de radio y televisión pueden interferirse o reflejarse debido a la ondulación del terreno. En estas ubicaciones, se instalan transmisores de baja potencia (LPT) para recibir y retransmitir la señal entre la población local.

Las células fotovoltaicas también se utilizan para alimentar sistemas de comunicación de emergencia, por ejemplo en puestos SOS (teléfonos de emergencia) en carreteras, señalización ferroviaria, balizas para protección aeronáutica, estaciones meteorológicas o sistemas de monitoreo de datos ambientales y de calidad. agua.

Dispositivos aislados
La reducción en el consumo de energía de los circuitos integrados hizo posible a fines de la década de 1970 el uso de células solares como fuente de electricidad en las calculadoras, como Royal Solar, Sharp EL-8026 o Teal Photon.

También otros dispositivos fijos que usan energía fotovoltaica han visto su uso aumentar en las últimas décadas, en lugares donde el costo de conexión a la red eléctrica o el uso de baterías desechables es prohibitivamente costoso. Estas aplicaciones incluyen, por ejemplo, lámparas solares, bombas de agua, parquímetros, teléfonos de emergencia, compactadores de basura, señales de estaciones de carga de tránsito temporales o permanentes o sistemas de monitoreo remoto.

Electrificación rural
En entornos aislados, donde se requiere poca energía eléctrica y el acceso a la red es difícil, los paneles fotovoltaicos se utilizan como una alternativa económicamente viable durante décadas. Para comprender la importancia de esta posibilidad, vale la pena tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial aún no tiene acceso a la energía eléctrica.

En los países en desarrollo, muchas aldeas están ubicadas en áreas remotas, a varios kilómetros de la red eléctrica más cercana. Como resultado, la energía fotovoltaica se está incorporando cada vez más para proporcionar energía a hogares o instalaciones médicas en áreas rurales. Por ejemplo, en zonas remotas de la India, un programa de iluminación rural ha proporcionado iluminación utilizando lámparas LED alimentadas con energía solar para reemplazar las lámparas de queroseno. El precio de las lámparas solares fue aproximadamente el mismo que el costo del suministro de queroseno durante algunos meses. Cuba y otros países de América Latina están trabajando para proporcionar energía fotovoltaica en áreas alejadas del suministro de electricidad convencional. Estas son áreas en las que los beneficios sociales y económicos para la población local ofrecen una excelente razón para instalar paneles fotovoltaicos, aunque normalmente este tipo de iniciativas se han visto relegadas a esfuerzos humanitarios específicos.

Sistemas de bombeo
PV también se utiliza para alimentar las instalaciones de bombeo para riego, agua potable en áreas rurales y agua de ganado, o sistemas de desalinización de agua.

Los sistemas de bombeo fotovoltaico (como los que funcionan con energía eólica) son muy útiles cuando no es posible acceder a la red eléctrica general o es un precio prohibitivo. Su costo es generalmente más barato debido a sus menores costos de operación y mantenimiento, y tienen un impacto ambiental menor que los sistemas de bombeo alimentados por motores de combustión interna, que también tienen una menor fiabilidad.

Las bombas utilizadas pueden ser de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC). Normalmente, los motores de CC se utilizan para aplicaciones pequeñas y medianas de hasta 3 kW de potencia, mientras que para aplicaciones más grandes, los motores de CA se utilizan junto con un inversor que transforma la corriente de CC de los paneles fotovoltaicos para su uso. Esto permite dimensionar sistemas de 0.15 kW a más de 55 kW de potencia, que pueden usarse para suministrar sistemas complejos de riego o almacenamiento de agua.

Sistemas híbridos solares-diesel
Debido a la disminución en los costos de la energía solar fotovoltaica, también se está expandiendo el uso de sistemas híbridos solares-diesel, combinando esta energía con generadores diesel para producir electricidad de manera continua y estable. Este tipo de instalaciones normalmente están equipadas con equipos auxiliares, como baterías y sistemas de control especiales, para lograr la estabilidad del suministro eléctrico del sistema en todo momento.

Debido a su viabilidad económica (el transporte de diesel al punto de consumo suele ser costoso) en muchos casos los viejos generadores son reemplazados por fotovoltaicos, mientras que las nuevas instalaciones híbridas están diseñadas de tal manera que permiten usar el recurso solar siempre que está disponible, lo que minimiza el uso de generadores, lo que reduce el impacto ambiental de la generación de energía en las comunidades remotas y las instalaciones que no están conectadas a la red eléctrica. Un ejemplo de esto son las compañías mineras, cuyas operaciones normalmente se encuentran en campos abiertos, lejos de los grandes centros de población. En estos casos, el uso combinado de energía fotovoltaica permite reducir en gran medida la dependencia del combustible diesel, lo que permite un ahorro de hasta el 70% en el costo de la energía.

Este tipo de sistemas también se puede usar en combinación con otras fuentes de generación de energía renovable, como la energía eólica.

Transporte y navegación marítima
Aunque la fotovoltaica aún no se utiliza ampliamente para proporcionar tracción en el transporte, se utiliza cada vez más para proporcionar energía auxiliar en barcos y automóviles. Algunos vehículos están equipados con aire acondicionado alimentado por paneles fotovoltaicos para limitar la temperatura interior en los días calurosos, mientras que otros prototipos híbridos los utilizan para recargar sus baterías sin la necesidad de conectarse a la red eléctrica. Se ha demostrado ampliamente la capacidad práctica para diseñar y fabricar vehículos, barcos y aeronaves con energía solar, siendo considerado el transporte vial más viable para la energía fotovoltaica.

El Solar Impulse es un proyecto dedicado al desarrollo de un avión propulsado exclusivamente por energía solar fotovoltaica. El prototipo puede volar durante el día propulsado por las células solares que cubren sus alas, al mismo tiempo que carga las baterías que le permiten permanecer en el aire durante la noche.

La energía solar también se utiliza comúnmente en faros, boyas y balizas de navegación marítima, vehículos recreativos, sistemas de carga para los acumuladores eléctricos de los barcos y sistemas de protección catódica. La recarga de vehículos eléctricos es cada vez más importante. 94

Fotovoltaica integrada en edificios
Muchas instalaciones fotovoltaicas a menudo se encuentran en edificios: generalmente se ubican en un techo existente o se integran en elementos de la propia estructura del edificio, como tragaluces, claraboyas o fachadas.

Alternativamente, un sistema fotovoltaico también puede estar físicamente ubicado separado del edificio, pero conectado a la instalación eléctrica del mismo para proporcionar energía. En 2010, más del 80% de los 9000 MW de energía fotovoltaica que Alemania tenía en funcionamiento para entonces, se habían instalado en los tejados.

La construcción de energía fotovoltaica integrada (BIPV) se está incorporando cada vez más como la fuente principal o secundaria de energía eléctrica en nuevos edificios domésticos e industriales, e incluso en otros elementos arquitectónicos, como puentes de ejemplo. Las tejas con células fotovoltaicas integradas también son bastante comunes en este tipo de integración.

Según un estudio publicado en 2011, el uso de imágenes térmicas ha demostrado que los paneles solares, siempre que haya un espacio abierto a través del cual el aire puede circular entre los paneles y el techo, proporcionan un efecto de enfriamiento pasivo en los edificios durante el día y también ayudan mantener el calor acumulado durante la noche.

Conexión fotovoltaica a la red
Una de las principales aplicaciones de la energía solar fotovoltaica más desarrollada en los últimos años, consiste en centrales eléctricas conectadas a la red para el suministro de electricidad, así como sistemas de autoconsumo fotovoltaico, generalmente de menor potencia, pero también conectados a la red eléctrica.

Sistemas fotovoltaicos
Un sistema fotovoltaico o sistema fotovoltaico solar es un sistema de energía diseñado para suministrar energía solar utilizable mediante energía fotovoltaica. Consiste en una disposición de varios componentes, incluidos paneles solares para absorber y convertir directamente la luz solar en electricidad, un inversor solar para cambiar la corriente eléctrica de CC a CA, así como para el montaje, el cableado y otros accesorios eléctricos. Los sistemas fotovoltaicos abarcan desde sistemas pequeños, instalados en el techo o integrados en el edificio con capacidades desde algunas decenas de kilovatios hasta grandes centrales eléctricas de cientos de megavatios. Hoy en día, la mayoría de los sistemas fotovoltaicos están conectados a la red, mientras que los sistemas autónomos solo representan una pequeña porción del mercado.

Sistemas integrados en la azotea y la construcción
Los arreglos fotovoltaicos a menudo se asocian con edificios: integrados en ellos, montados en ellos o montados cerca del suelo. Los sistemas fotovoltaicos en la azotea con frecuencia se adaptan a edificios existentes, generalmente montados en la parte superior de la estructura del techo existente o en las paredes existentes. Alternativamente, una matriz puede ubicarse por separado del edificio pero conectada por cable para suministrar energía al edificio. La energía fotovoltaica integrada al edificio (BIPV) se incorpora cada vez más en el techo o las paredes de nuevos edificios domésticos e industriales como fuente principal o auxiliar de energía eléctrica. Las tejas de techo con celdas fotovoltaicas integradas también se usan a veces. Siempre que exista un espacio abierto en el que pueda circular el aire, los paneles solares montados en la azotea pueden proporcionar un efecto de enfriamiento pasivo en los edificios durante el día y también mantener el calor acumulado durante la noche. Por lo general, los sistemas de techo residencial tienen capacidades pequeñas de alrededor de 5 a 10 kW, mientras que los sistemas de techo comercial a menudo ascienden a varios cientos de kilovatios. Aunque los sistemas de techo son mucho más pequeños que las plantas de energía a escala de servicios terrestres, representan la mayor parte de la capacidad instalada a nivel mundial.

Concentrador fotovoltaico
La tecnología fotovoltaica de concentrador (CPV) es una tecnología fotovoltaica que, al contrario que los sistemas fotovoltaicos convencionales de placa plana, utiliza lentes y espejos curvos para enfocar la luz solar en pequeñas, pero altamente eficientes, células solares de unión múltiple (MJ). Además, los sistemas de CPV a menudo utilizan seguidores solares y, a veces, un sistema de refrigeración para aumentar aún más su eficiencia. La investigación y el desarrollo en curso están mejorando rápidamente su competitividad en el segmento de escala de servicios públicos y en áreas de alta insolación solar.

Colector solar híbrido térmico fotovoltaico
El colector solar híbrido térmico fotovoltaico (PVT) es un sistema que convierte la radiación solar en energía térmica y eléctrica. Estos sistemas combinan una célula fotovoltaica solar, que convierte la luz solar en electricidad, con un colector solar térmico que captura la energía restante y elimina el calor residual del módulo fotovoltaico. La captura de electricidad y calor permite que estos dispositivos tengan una mayor exergía y, por lo tanto, sean más eficientes energéticamente en general que la energía solar fotovoltaica o la energía solar térmica.

Centrales eléctricas
Muchas granjas solares a escala de servicios se han construido en todo el mundo. A partir de 2015, el Solar Star de 579 megavatios (MWAC) es la central de energía fotovoltaica más grande del mundo, seguido de la Granja Solar Desert Sunlight y la Granja Solar Topaz, ambas con una capacidad de 550 MWAC, construida por la compañía estadounidense First Solar. utilizando módulos CdTe, una tecnología FV de película delgada. Las tres centrales eléctricas están ubicadas en el desierto californiano. Muchas granjas solares de todo el mundo están integradas con la agricultura y algunas utilizan sistemas innovadores de seguimiento solar que siguen el camino diario del sol en el cielo para generar más electricidad que los sistemas convencionales de montaje fijo. No hay costos de combustible o emisiones durante el funcionamiento de las estaciones de energía.

Electrificación rural
Los países en desarrollo, donde muchas aldeas están a menudo a más de cinco kilómetros de la red eléctrica, utilizan cada vez más energía fotovoltaica. En lugares remotos de India, un programa de iluminación rural ha estado proporcionando iluminación LED con energía solar para reemplazar las lámparas de queroseno. Las lámparas de energía solar se vendieron a un costo aproximado de unos pocos meses de suministro de kerosene. Cuba está trabajando para proporcionar energía solar para áreas que están fuera de la red. Las aplicaciones más complejas de uso de energía solar fuera de la red incluyen impresoras 3D. Las impresoras RepRap 3D han sido alimentadas por energía solar con tecnología fotovoltaica, lo que permite la fabricación distribuida para el desarrollo sostenible. Estas son áreas donde los costos y los beneficios sociales ofrecen un excelente caso para la energía solar, aunque la falta de rentabilidad ha relegado tales esfuerzos a los esfuerzos humanitarios. Sin embargo, en 1995 se había descubierto que los proyectos de electrificación rural solar eran difíciles de mantener debido a economías desfavorables, falta de soporte técnico y un legado de motivos ulteriores de transferencia de tecnología de norte a sur.

Sistemas autónomos
Hasta hace una década, PV se utilizaba con frecuencia para las calculadoras de potencia y los dispositivos novedosos. Las mejoras en circuitos integrados y pantallas de cristal líquido de baja potencia hacen posible alimentar tales dispositivos durante varios años entre cambios de batería, haciendo que el uso de PV sea menos común. Por el contrario, los dispositivos fijos remotos de energía solar han visto un uso cada vez mayor recientemente en lugares donde los costos de conexión significativos hacen que la energía de la red sea prohibitivamente costosa. Dichas aplicaciones incluyen lámparas solares, bombas de agua, parquímetros, teléfonos de emergencia, compactadores de basura, señales de tráfico temporales, estaciones de carga y señales y puestos de control remoto.

Floatovoltaica
En mayo de 2008, la bodega Far Niente en Oakville, California, fue pionera en el primer sistema «floatovoltaico» del mundo al instalar 994 paneles solares fotovoltaicos en 130 pontones y colocarlos en el estanque de riego de la bodega. El sistema flotante genera aproximadamente 477 kW de potencia máxima y cuando se combina con un conjunto de celdas ubicadas junto al estanque, es capaz de compensar completamente el consumo de electricidad de la bodega. El principal beneficio de un sistema floatovoltaico es que evita la necesidad de sacrificar un área de tierra valiosa que podría usarse para otro propósito. En el caso de la Bodega Far Niente, el sistema flotante ahorró tres cuartas partes de un acre que se habría requerido para un sistema terrestre. Esa área de tierra puede ser utilizada en cambio para la agricultura. Otro beneficio de un sistema floatovoltaico es que los paneles se mantienen a una temperatura inferior a la que tendrían en tierra, lo que conduce a una mayor eficiencia de conversión de energía solar. Los paneles flotantes también reducen la cantidad de agua perdida por evaporación e inhiben el crecimiento de algas.

En transporte
PV ha sido tradicionalmente utilizado para la energía eléctrica en el espacio. El PV rara vez se usa para proporcionar potencia motriz en aplicaciones de transporte, pero se usa cada vez más para proporcionar energía auxiliar en barcos y automóviles. Algunos automóviles están equipados con aire acondicionado de energía solar para limitar las temperaturas interiores en los días calurosos. Un vehículo solar autónomo tendría una potencia y utilidad limitadas, pero un vehículo eléctrico con carga solar permite el uso de energía solar para el transporte. Se han demostrado autos, barcos y aviones con motor solar, y los más prácticos y probables son los autos solares. El avión solar suizo, Solar Impulse 2, logró el vuelo solitario sin escalas más largo de la historia y planea realizar la primera circunnavegación aérea solar del mundo en 2015.

Telecomunicaciones y señalización
La energía solar fotovoltaica es ideal para aplicaciones de telecomunicaciones tales como el intercambio telefónico local, radio y transmisión de televisión, microondas y otras formas de enlaces de comunicación electrónica. Esto se debe a que, en la mayoría de las aplicaciones de telecomunicaciones, las baterías de almacenamiento ya están en uso y el sistema eléctrico es básicamente DC. En terrenos accidentados y montañosos, es posible que las señales de radio y TV no lleguen a medida que se bloquean o se reflejan debido al terreno ondulado. En estas ubicaciones, se instalan transmisores de baja potencia (LPT) para recibir y retransmitir la señal para la población local.

Aplicaciones de naves espaciales
Los paneles solares en las naves espaciales suelen ser la única fuente de energía para hacer funcionar los sensores, el calentamiento y enfriamiento activos y las comunicaciones. Una batería almacena esta energía para usar cuando los paneles solares están en la sombra. En algunos, la potencia también se utiliza para propulsión eléctrica de naves espaciales. Las naves espaciales fueron una de las primeras aplicaciones de la energía fotovoltaica, comenzando con las células solares de silicio utilizadas en el satélite Vanguard 1, lanzado por los EE. UU. En 1958. Desde entonces, la energía solar se ha utilizado en misiones que van desde la sonda MESSENGER hasta Mercury, como muy lejos en el sistema solar como la sonda Juno a Júpiter. El sistema de energía solar más grande que se vuela en el espacio es el sistema eléctrico de la Estación Espacial Internacional. Para aumentar la potencia generada por kilogramo, los paneles solares típicos de naves espaciales usan células solares de múltiples uniones rectangulares de alto costo y alta eficiencia, compuestas de arseniuro de galio (GaAs) y otros materiales semiconductores.

Sistemas de energía especializados
La energía fotovoltaica también se puede incorporar como dispositivos de conversión de energía para objetos a temperaturas elevadas y con emisividades radiativas preferibles, tales como cámaras de combustión heterogéneas.

Ventajas
Los 122 PW de luz solar que llegan a la superficie de la Tierra son abundantes, casi 10.000 veces más que el equivalente a 13 TW de la potencia media consumida en 2005 por los humanos. Esta abundancia lleva a la sugerencia de que no pasará mucho tiempo antes de que la energía solar se convierta en la principal fuente de energía del mundo. Además, la generación eléctrica solar tiene la mayor densidad de potencia (media global de 170 W / m2) entre las energías renovables.

La energía solar está libre de contaminación durante el uso, lo que le permite reducir la contaminación cuando se sustituye por otras fuentes de energía. Por ejemplo, el MIT estimó que 52,000 personas mueren prematuramente en los Estados Unidos por la contaminación de las plantas de energía a base de carbón y que todas menos una de estas muertes podrían ser prevenidas de usar energía fotovoltaica para reemplazar el carbón. Los desechos finales y las emisiones de la producción son manejables utilizando los controles de contaminación existentes. Se están desarrollando tecnologías de reciclaje de final de uso y se están produciendo políticas que fomentan el reciclaje de los productores.

Las instalaciones fotovoltaicas pueden operar durante 100 años o incluso más con poco mantenimiento o intervención después de su configuración inicial, por lo que después del costo de capital inicial de construir cualquier planta de energía solar, los costos de operación son extremadamente bajos en comparación con las tecnologías de energía existentes.

La electricidad solar conectada a la red puede utilizarse localmente, reduciendo así las pérdidas de transmisión / distribución (las pérdidas de transmisión en los EE. UU. Fueron aproximadamente del 7,2% en 1995).

En comparación con las fuentes de energía fósiles y nucleares, se ha invertido muy poco dinero en investigación para el desarrollo de células solares, por lo que hay mucho margen de mejora. Sin embargo, las células solares experimentales de alta eficiencia ya tienen eficiencias de más del 40% en el caso de células fotovoltaicas concentradas y las eficiencias están aumentando rápidamente mientras que los costos de producción en masa están cayendo rápidamente.

En algunos estados de los Estados Unidos, gran parte de la inversión en un sistema montado en el hogar puede perderse si el propietario se mueve y el comprador le da menos valor al sistema que el vendedor. La ciudad de Berkeley desarrolló un método de financiación innovador para eliminar esta limitación, mediante la adición de una evaluación de impuestos que se transfiere con el hogar para pagar los paneles solares. Ahora conocido como PACE, Property Assessed Clean Energy, 30 estados de EE. UU. Han duplicado esta solución.

Existe evidencia, al menos en California, de que la presencia de un sistema solar montado en el hogar en realidad puede aumentar el valor de un hogar. Según un artículo publicado en abril de 2011 por el Laboratorio Nacional Ernest Orlando Lawrence Berkeley titulado Un análisis de los efectos de los sistemas de energía fotovoltaica residencial en los precios de venta de viviendas en California:

La investigación encuentra evidencia contundente de que las casas con sistemas fotovoltaicos en California se han vendido por un precio superior a las viviendas comparables sin sistemas fotovoltaicos. Más específicamente, las estimaciones de las primas de PV promedio oscilan entre aproximadamente $ 3.9 y $ 6.4 por watt instalado (DC) entre una gran cantidad de especificaciones de modelo diferentes, con la mayoría de los modelos que se fusionan cerca de $ 5.5 / watt. Ese valor corresponde a una prima de aproximadamente $ 17,000 por un sistema PV relativamente nuevo de 3,100 vatios (el tamaño promedio de los sistemas fotovoltaicos en el estudio).
Limitaciones

Impacto en la red de electricidad
Con los niveles crecientes de sistemas fotovoltaicos en la azotea, el flujo de energía se convierte en bidireccional. Cuando hay más generación local que consumo, la electricidad se exporta a la red. Sin embargo, la red eléctrica tradicionalmente no está diseñada para lidiar con la transferencia de energía bidireccional. Por lo tanto, pueden ocurrir algunos problemas técnicos. Por ejemplo, en Queensland, Australia, ha habido más del 30% de hogares con techo de PV a finales de 2017. La famosa curva de pato californiana 2020 aparece con mucha frecuencia para muchas comunidades a partir de 2015. Un problema de sobrevoltaje puede surgir a medida que la electricidad fluye de estos hogares FV a la red. Existen soluciones para gestionar el problema de sobrevoltaje, como la regulación del factor de potencia del inversor fotovoltaico, nuevos equipos de control de energía y voltaje en el nivel de distribuidor de electricidad, redireccionamiento de los cables de electricidad, administración del lado de la demanda, etc. A menudo hay limitaciones y costos relacionados con estas soluciones.

Implicación en la gestión de facturas de electricidad y la inversión en energía
No existe una solución mágica para la demanda de electricidad o energía y la administración de facturas, porque los clientes (sitios) tienen diferentes situaciones específicas, por ejemplo, diferentes necesidades de comodidad / conveniencia, diferentes tarifas de electricidad o diferentes patrones de uso. La tarifa de electricidad puede tener algunos elementos, como acceso diario y cargo de medición, cargo de energía (basado en kWh, MWh) o cargo máximo de demanda (por ejemplo, un precio para el consumo de energía de 30min más alto en un mes). La energía fotovoltaica es una opción prometedora para reducir la carga de energía cuando el precio de la electricidad es razonablemente alto y en continuo aumento, como en Australia y Alemania. Sin embargo, para los sitios con un pico de carga de demanda establecido, el VP puede ser menos atractivo si las demandas máximas ocurren principalmente a última hora de la tarde o al anochecer, por ejemplo, en comunidades residenciales. En general, la inversión en energía es en gran medida una decisión económica y es mejor tomar decisiones de inversión basadas en la evaluación sistemática de las opciones de mejora operativa, eficiencia energética, generación in situ y almacenamiento de energía.

Impactos ambientales

Producción
El impacto ambiental de la tecnología del silicio y la tecnología de película delgada son típicos de la fabricación de semiconductores, con los pasos químicos y energéticos asociados. La producción de silicio de alta pureza en la tecnología de silicio es decisiva debido al alto consumo de energía y la cantidad de sustancias secundarias. Para 1 kg de silicio ultrapuro, se producen hasta 19 kg de sustancias secundarias. Dado que el silicio ultrapuro es producido principalmente por subcontratistas, la selección de proveedores en términos de aspectos ambientales es crucial para el desempeño ambiental de un módulo.

En la tecnología de película delgada, limpiar las cámaras de proceso es un tema delicado. Aquí están parcialmente las sustancias nocivas trifluoruro de nitrógeno y hexafluoruro de azufre utilizados. En el uso de metales pesados, como la tecnología CdTe, se argumenta con un corto tiempo de amortización de energía en el ciclo de vida.

Operación
En 2011, la Oficina Estatal de Medio Ambiente de Baviera confirmó que los módulos solares CdTe no representan un peligro para los seres humanos y el medio ambiente en caso de incendio.

Debido a la absoluta ausencia de emisiones en operación, la energía fotovoltaica tiene costos externos muy bajos. Si estos son alrededor de 6 a 8 ct / kWh para la generación de energía a partir de carbón y lignito, solo son alrededor de 1 ct / kWh para los sistemas fotovoltaicos (año 2000). Esta es la conclusión de una opinión experta del German Aerospace Centre y el Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research. A modo de comparación, se debe mencionar el valor de 0,18 ct / kWh de los costos externos para las plantas de energía solar térmica, que también se menciona allí.

Balance de gases de efecto invernadero
Incluso si no hay ninguna operación, incluso en emisiones de CO 2e, entonces los sistemas fotovoltaicos aún no pueden estar presentes, el CO 2e producido, transportado y ensamblado es libre. Dependiendo de la tecnología y la ubicación, las emisiones calculadas de CO 2e de los sistemas fotovoltaicos en 2013 ascienden a entre 10.5 y 50 g de CO 2e / kWh, con promedios en el rango de 35 a 45 g de CO 2e / kWh. Un estudio reciente de 2015 encontró valores promedio de 29.2 g / kWh. Estas emisiones son causadas por la combustión de combustibles fósiles, especialmente durante la producción de plantas solares. Con una mayor expansión de las energías renovables como parte de la transformación global hacia fuentes de energía sostenibles, el balance de gases de efecto invernadero mejorará así automáticamente. También las emisiones decrecientes resultan de la curva de aprendizaje tecnológico. Históricamente, las emisiones se han reducido en un 14% por el doble de la capacidad instalada (a partir de 2015).

Después de una comparación exhaustiva de Ruhr-University Bochum a partir de 2007, el CO tenía 2e emisiones en energía fotovoltaica aún a 50-100 g / kWh, y especialmente los módulos utilizados y la ubicación eran cruciales. En comparación, fue 750-1200 g / kWh para las centrales eléctricas de carbón, 400-550 g / kWh para las centrales eléctricas de gas CCGT, 10-40 g / kWh para la energía eólica e hidroeléctrica, y 10-30 g / kWh para energía nuclear (sin disposición final) y energía solar térmica en África a 10-14 g / kWh.

Amortización energética
El período de recuperación de la energía fotovoltaica es el período durante el cual el sistema fotovoltaico ha entregado la misma cantidad de energía necesaria a lo largo de su ciclo de vida; para fabricación, transporte, construcción, operación y desmantelamiento o reciclaje.

Actualmente (a partir de 2013) entre 0,75 y 3,5 años, dependiendo de la ubicación y la tecnología fotovoltaica utilizada. Los módulos de CdTe se comportaron mejor a 0,75-2,1 años, mientras que los módulos de silicio amorfo tuvieron 1,8-3,5 años por encima de la media. Los sistemas monocristalinos y multicristalinos, así como las plantas basadas en CIS tenían entre 1,5 y 2,7 ​​años de antigüedad. Se supuso que la vida útil del estudio era de 30 años para los módulos basados ​​en células de silicio cristalino y de 20 a 25 años para los módulos de película delgada, mientras que la vida útil de los inversores se suponía que era de 15 años. Para 2020, se puede alcanzar un período de amortización de la energía de 0,5 años o menos para las plantas de silicio cristalino del sur de Europa.

Cuando se utiliza en Alemania, la energía necesaria para producir un sistema fotovoltaico se recupera en las células solares en aproximadamente dos años. El factor de cosecha es de al menos 10 en condiciones típicas de irradiación alemana, es probable que haya una mejoría adicional. La vida útil se estima en 20 a 30 años. Por parte de los fabricantes, los módulos suelen tener garantías de rendimiento durante 25 años. La parte de las células solares que consume mucha energía se puede reutilizar de 4 a 5 veces.

Consumo de tierra
Los sistemas fotovoltaicos se construyen predominantemente en techos existentes y áreas de tráfico, lo que no conduce a requisitos de espacio adicionales. Las instalaciones al aire libre en forma de parques solares toman, por otro lado, espacio adicional para usar, a menudo ya áreas previamente contaminadas. B. áreas de conversión (de uso militar, económico, de tráfico o residencial), áreas a lo largo de carreteras y líneas ferroviarias (en franja de 110 m), áreas designadas como área comercial o industrial o áreas selladas (antes vertederos, estacionamientos, etc. .) son usados. Si se construyen sistemas fotovoltaicos en tierras agrícolas, que actualmente no son compatibles en Alemania, puede haber competencia por su uso. Sin embargo, se debe tener en cuenta que los parques solares tienen un rendimiento energético mucho mayor en comparación con la generación de bioenergía en la misma área. Los parques solares suministran entre 25 y 65 veces más electricidad por unidad de superficie que los cultivos energéticos.

Reciclaje de módulos fotovoltaicos
Hasta ahora, la única planta de reciclaje (planta piloto especializada) para módulos fotovoltaicos cristalinos en Europa se encuentra en Freiberg, Sajonia. La empresa Sunicon GmbH (anteriormente Solar Material), una filial de SolarWorld, logró una tasa de reciclaje en masa para módulos de un promedio del 75% en 2008 con una capacidad de aprox. 1200 toneladas por año. La cantidad de residuos de módulos fotovoltaicos en la UE en 2008 fue de 3.500 toneladas / año. Debido a una amplia automatización, una capacidad de aprox. Se planean 20,000 toneladas por año.

Para construir un sistema nacional de reciclado voluntario a escala de la UE, la industria solar fundó una iniciativa conjunta en 2007, la Asociación PV CYCLE. Se estima que en 2030 se estima que habrá 130.000 toneladas de módulos obsoletos por año en la UE. Como reacción al desarrollo general insatisfactorio, desde el 24 de enero de 2012, los módulos solares también han estado sujetos a una enmienda a la directiva sobre residuos electrónicos. Para la industria fotovoltaica, la enmienda estipula que el 85 por ciento de los módulos solares vendidos deben ser recolectados y el 80 por ciento reciclados. Para 2014, todos los Estados miembros de la UE-27 deberían transponer el Reglamento a la legislación nacional. El objetivo es hacer que los productores sean responsables de proporcionar estructuras para el reciclaje. Se prefiere la separación de los módulos de otros aparatos eléctricos. Las estructuras de recolección y reciclaje existentes también se expandirán.